綜放工作麵瓦斯治理技術措施

1 工作麵概況 1.1 地質及開采技術條件 漳村 煤礦是一座生產能力為300萬t/a的現代化礦井，礦井開采二疊統山西組下部的3#煤層，煤層賦存穩定，結構簡單，為一單斜構造，煤層厚度為6.30~7.0 m。煤層傾角0?~18?，大部分地段<8?。煤層埋藏深度為136~300 m。 礦井屬於低瓦斯礦井，瓦斯相對湧出量3 m ³/t，絕對湧出量12 m3/min。煤層無自然發火現象。煤塵具有爆炸性，爆炸指數20.41%。礦井水文地質條件比較簡單，主要水源來自頂板含水層，富水性較弱，工作麵正常湧水量30~60 m ³/h。 工作麵傾斜長1 500 m左右，走向長200 m左右，工作麵回采率93%，全部采用綜采放頂煤一次采全高。頂板 管理方法是全部垮落法。工作麵運輸巷和回風巷均采用錨網支護，運輸巷斷麵4.2 m×3.2 m，回風巷斷麵3.6 m×3.3 m。 1.2 主要裝備和回采工藝流程 工作麵的主要設備配套為：MGTY250/600-1.1D型采煤機、ZZP4800-17/33型低位放頂煤液壓支架，前部運輸機為SGZ764/630型，後部運輸機為SGZ830/800型。 工作麵回采工藝流程：機組割煤→跟機移架→放煤/推前溜→清浮煤。 工作麵采用順序單輪逐架放煤法，一刀一放，放煤步距0.8 m。工作麵作業方式"三八製"，兩班生產，一班檢修。 1.3 工作麵通風方式及配風量 最初工作麵通風方式為U型，工作麵上隅角和采空區瓦斯經常嚴重超限，威脅工作麵正常生產。後來工作麵通風方式改用W型，上隅角局部瓦斯聚積地點采用無火花型鋁合金水力局部通風機。工作麵配風量按《潞安環保能源股份有限公司"一通三防" 管理規定》，經計算不小於800 m ³/min。 2 U型通風方式綜放工作麵瓦斯分布特征 U型通風方式，即由一條進風巷，一條回風巷和工作麵構成。開采過程中，上隅角、工作麵靠近回風道較長一段及工作麵附近的采空區經常性瓦斯嚴重超限，工作麵無法進行正常生產。 漳村礦曾對綜放工作麵瓦斯分布特征作過詳細觀測，在正常回采時工作麵瓦斯沿工作麵方向在不同高度上，濃度是有一些差別的，距底板越高瓦斯濃度越偏高，工作麵上隅角瓦斯最高濃度為5.5%，沿工作麵方向距回風巷30~40 m大範圍瓦斯超限，工作麵附近的采空區瓦斯也大落圍超限。 圖1為U型通風工作麵及其附近采空區橫向瓦斯濃度分布的實測結果（距底板3.0 m高）。由圖1可以看出，工作麵靠近采空區側瓦斯濃度明顯高於煤壁側。采空區的瓦斯聚積是造成工作麵瓦斯聚積的根源。 圖2為工作麵上隅角與回風巷瓦斯濃度統計關係曲線，由圖2可以看出，上隅角瓦斯濃度明顯高於回風巷，當回風巷瓦斯濃度為0.7%時，上隅角瓦斯即達到超限濃度1.0%，根據回風巷風量可以計算出工作麵瓦斯絕對湧出量Q=800×0.7%=5.6 m ³/min。
圖1 工作麵及采空區橫向瓦斯分布情況
圖2 工作麵上隅角瓦斯與回風巷瓦斯濃度關係曲線 由此可以得出這種U型通風方式適合瓦斯絕對湧出量<5.6 m ³/min的煤層條件，而漳村 煤礦綜放工作麵在正常回采時瓦斯絕對湧出量為12 m ³/min（相對湧出理3 m ³/t），說明U型通風方式不適合現有的回采工藝及開采強度的要求。 3 影響瓦斯濃度短時增高的其它因素 工作麵瓦斯絕對湧出量與回采工藝、開采強度密切相關，影響綜放工作麵瓦斯濃度短時增高有以下因素： （1）一般情況下，工作麵初次來壓和周期來壓時，由於老頂大麵積冒落，把采空區瓦斯短時擠入工作麵； 9 7 3 12 3 4 8 : 來源：湖北 安全生產信息網

（2）放煤口超過3個時（"作業 01manbetx "規定2個），瓦斯濃度明顯增大，所以要嚴格按作業 01manbetx 操作； （3）工作麵片幫、冒頂時也會導致工作麵瓦斯濃度短時增高； （4）割煤速度突然增大，會導致采煤機附近瓦斯濃度增大甚至超限，所以要嚴格按"作業 01manbetx "操作。 4 結合治理 技術 措施4.1 變U型通風方式為W型通風方式 根據以上的觀測結果，經技術經濟 03manbetx 論證，選擇在工作麵靠近回風巷側沿頂板開設1條排放瓦斯巷方案。把工作麵通風方式變為W型。瓦斯巷斷麵2.8 m×3.2 m，錨網支護。瓦斯巷供風量≥200 m3/min，瓦斯巷瓦斯濃度控製在2.5%以下。通過實測（關閉水力風機測量），工作麵上風巷瓦斯聚積範圍明顯變小，由原來的30~40 m變為8 m以內，而且瓦斯濃度下降了3.5%，說明瓦斯巷作用是明顯的。 4.2 上隅角增設強力抽排設備 經調研得知，能夠抽排高濃度瓦斯的設備有2種，一種是"無火花型"鋁合金水力局部通風機，另一種是水力引射器。用水力引射器抽排上隅角瓦斯，因其風量和風壓較小，使上隅角瓦斯濃度時有超限現象。後來改用"無火花型"鋁合金水局部通風機抽排上隅角瓦斯，效果良好，基本杜絕了上隅角瓦斯超限現象。 4.2.1 水力局部通風機的工作原理及結構形式 水力部通風機驅動采用水輪機原理，即壓力水通過噴嘴、沿著切線方向射向水輪機的水鬥上，使水輪盤旋轉並帶動同軸另一端的軸流式葉輪旋轉，並產生負壓，形成風流。 水力局部通風機的結構很簡單，就是將電動局部通風機的電機去掉，改裝成水輪機驅動，即在同一轉軸上，一端安裝水輪盤，另一端裝有高效率葉輪。主軸、水輪盤及水鬥是采用合金鋼材料製造，葉輪和外殼采用無火化鋁合金材料製造。其結構形詳見圖3。
圖3 水力局部通風機結構原理圖 4.2.2 水力局部通風機的技術行參數 水力局部通風機的技術參數見表1。 表1 水力局部通風機技術參數

名稱 參數值 風量/m³•min^-1200~500 全風壓/Pa 300~1 200 全壓效率/% 45~25 轉速/r•min^-12 300~2 500 工作水壓/MPa 3.0~10.0 耗水量/m³•h^-113~18 外形尺寸/mm Φ670×1 000 重量（包括接口）/kg 120 配用風筒/mm Φ600（或Φ500）

4.2.3 水力局部通風機的安裝和使用 水力局部通風機即可接正壓風筒，也可接負壓風筒，現場可根據實際情況連接，水力局部通風機在漳村 煤礦綜放工作麵安裝方式如圖4所示。風機的吸風口放置在上隅角瓦斯濃度最高的地點，出風口設置在超前支護範圍之前，要求出風口周圍風流通暢，無電氣設備，出口周圍1.5 m範圍設置警戒。
圖4 水力局部通風機抽排綜放工作麵上隅角瓦斯 水力局部通風機使用過程中經實測，風筒內瓦斯濃度為2%~5%。風機是由鋁合金製造，重量輕，隨工作麵前進，移動方便。 5 結論 9 7 3 1 23 4 8 : 來源：湖北 安全生產信息網

（1）工作麵U型通風方式適合瓦斯絕對湧出量<5.6 m ³/min的煤層條件。而漳村 煤礦綜放工作麵在正常回采時瓦斯絕對湧出量12 m ³/min，因此U型通風方式不適合現有的回采工藝及開采強度。 （2）工作麵改W型通風方式，適合漳村煤礦綜放工作麵開采。 （3）水力局部通風機適合用於漳村煤礦綜放工作麵抽排上隅角高濃度瓦斯。9 7 3 1 2 34 8 : 來源：湖北 安全生產信息網

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